基礎(chǔ)課4光的干涉 衍射和偏振電磁波與相對(duì)論 光的干涉 衍射和偏振 1 光的干涉 1 定義 在兩列光波疊加的區(qū)域 某些區(qū)域相互加強(qiáng) 出現(xiàn)條紋 某些區(qū)域相互減弱 出現(xiàn)條紋 且加強(qiáng)區(qū)域和減弱區(qū)域相互間隔的現(xiàn)象 2 條件 兩束光的頻率 相位差恒定 3 雙縫干涉圖樣特點(diǎn) 單色光照射時(shí)形成明暗相間的等間距的干涉條紋 白光照射時(shí) 中央為條紋 其余為條紋 知識(shí)排查 2 光的衍射發(fā)生明顯衍射的條件 只有當(dāng)障礙物的尺寸與光的波長(zhǎng) 甚至比光的波長(zhǎng)的時(shí)候 衍射現(xiàn)象才會(huì)明顯 3 光的偏振 1 自然光 包含著在垂直于傳播方向上沿振動(dòng)的光 而且沿著各個(gè)方向振動(dòng)的光波的強(qiáng)度都相同 2 偏振光 在垂直于光的傳播方向的平面上 只沿著某個(gè)的方向振動(dòng)的光 3 偏振光的形成 讓自然光通過形成偏振光 讓自然光在兩種介質(zhì)的界面發(fā)生反射和 反射光和折射光可以成為部分偏振光或完全偏振光 4 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種波 電磁波 1 麥克斯韋電磁場(chǎng)理論變化的磁場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生 變化的電場(chǎng)能夠在周圍空間產(chǎn)生 2 電磁波 1 電磁場(chǎng)在空間由近及遠(yuǎn)的傳播 形成 2 電磁波的傳播不需要 可在真空中傳播 在真空中不同頻率的電磁波傳播速度 都等于光速 3 不同頻率的電磁波 在同一介質(zhì)中傳播 其速度是不同的 頻率越高 波速越 4 v f f是電磁波的頻率 3 電磁波的發(fā)射 1 發(fā)射條件 電路和信號(hào) 所以要對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行調(diào)制 調(diào)幅或調(diào)頻 2 調(diào)制方式 調(diào)幅 使高頻電磁波的隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變 調(diào)頻 使高頻電磁波的隨信號(hào)的強(qiáng)弱而變 開放 高頻振蕩 振幅 頻率 4 無線電波的接收 1 當(dāng)接收電路的固有頻率跟接收到無線電波的頻率時(shí) 激起的振蕩電流 這就是電諧振現(xiàn)象 2 使接收電路產(chǎn)生電諧振的過程叫做 能夠調(diào)諧的接收電路叫做電路 3 從經(jīng)過調(diào)制的高頻振蕩中 檢 出調(diào)制信號(hào)的過程 叫做 檢波是的逆過程 也叫做 5 電磁波譜 按照電磁波的或的大小順序把它們排列成譜叫做電磁波譜 按波長(zhǎng)由長(zhǎng)到短排列的電磁波譜為 無線電波 紅外線 紫外線 X射線 射線 相對(duì)論 1 狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè) 1 狹義相對(duì)性原理 在不同的慣性參考系中 一切物理規(guī)律都是的 2 光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 光速和光源 觀測(cè)者間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)沒有關(guān)系 2 質(zhì)能關(guān)系用m表示物體的質(zhì)量 E表示它具有的能量 則愛因斯坦質(zhì)能方程為E 小題速練 1 思考判斷 1 太陽光通過三棱鏡形成彩色光譜 這是光的干涉的結(jié)果 2 泊松亮斑支持了光的波動(dòng)說 3 光學(xué)鏡頭上的增透膜是利用光的干涉現(xiàn)象 4 光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 若僅將入射光從紅光改為紫光 則相鄰亮條紋間距一定變小 5 均勻變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生均勻變化的電場(chǎng)向外傳播便形成了電磁波 6 在真空中傳播的電磁波 當(dāng)它的頻率增加時(shí) 它的傳播速度不變 波長(zhǎng)變短 7 光速不變?cè)碇赋龉庠谡婵罩袀鞑ニ俣仍诓煌瑧T性參考系中都是相同的 答案 1 2 3 4 5 6 7 2 2018 洛陽孟津一高檢測(cè) 多選 下列說法正確的是 A 用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象和信息 這是利用了光的全反射原理B 紫外線比紅外線更容易發(fā)生衍射現(xiàn)象C 經(jīng)過同一雙縫所得的干涉條紋 紅光比綠光條紋寬度大D 光的色散現(xiàn)象都是由于光的干涉現(xiàn)象引起的E 光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波答案ACE 3 2018 云南師范大學(xué)附屬中學(xué)模擬 多選 下列說法正確的是 A 水中的氣泡看上去比較明亮是因?yàn)橛幸徊糠止獍l(fā)生了衍射現(xiàn)象B 雷達(dá)發(fā)射的電磁波是由均勻變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)產(chǎn)生的C 拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí) 可在鏡頭前加一個(gè)偏振片來減弱櫥窗玻璃表面的反射光D 紅色和藍(lán)色的激光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)波長(zhǎng)可能相同E 狹義相對(duì)論認(rèn)為 真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的 解析水中的氣泡看上去比較明亮是因?yàn)楣鈴乃猩湎驓馀輹r(shí) 有一部分光發(fā)生了全反射現(xiàn)象 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 均勻變化的電場(chǎng)或磁場(chǎng)只能產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)或電場(chǎng) 不能形成電磁波 雷達(dá)發(fā)射的電磁波一定是由周期性變化的電場(chǎng)或周期性變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生的 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí) 可在鏡頭前加一個(gè)偏振片來減弱櫥窗玻璃表面的反射光 選項(xiàng)C正確 紅色和藍(lán)色激光頻率不同 在同一種介質(zhì)中傳播時(shí)波速不同 波長(zhǎng)不同 而紅色和藍(lán)色激光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)波長(zhǎng)可能相同 選項(xiàng)D正確 狹義相對(duì)論認(rèn)為 真空中的光速在不同慣性參考系中都是相同的 選項(xiàng)E正確 答案CDE 光的干涉現(xiàn)象 1 雙縫干涉 2 亮暗條紋的判斷方法 1 如圖1所示 光源S1 S2發(fā)出的光到屏上某點(diǎn)的路程差r2 r1 k k 0 1 2 時(shí) 光屏上出現(xiàn)亮條紋 圖1 圖2 2 光照射到薄膜上時(shí) 在膜的前表面AA 和后表面BB 分別反射出來 形成兩列頻率相同的光波 并且疊加 兩列光波同相疊加 出現(xiàn)明紋 反相疊加 出現(xiàn)暗紋 3 條紋特點(diǎn) 單色光 明暗相間的水平條紋 白光 彩色水平條紋 1 2017 全國(guó)卷 34 1 多選 在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中 用綠色激光照射在雙縫上 在縫后的屏幕上顯示出干涉圖樣 若要增大干涉圖樣中兩相鄰亮條紋的間距 可選用的方法是 A 改用紅色激光B 改用藍(lán)色激光C 減小雙縫間距D 將屏幕向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng)E 將光源向遠(yuǎn)離雙縫的位置移動(dòng) 答案ACD 2 多選 如圖3所示是a b兩光分別經(jīng)過同一雙縫干涉裝置后在屏上形成的干涉圖樣 則 A 在同種均勻介質(zhì)中 a光的傳播速度比b光的大B 在真空中a b兩光傳播速度相同C 從真空射入同種介質(zhì)發(fā)生全反射時(shí) a光全反射臨界角小D 從同種介質(zhì)射入真空發(fā)生全反射時(shí) a光全反射臨界角小E 在相同的條件下 b光比a光更容易產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象 圖3 答案BDE 光的衍射和光的偏振現(xiàn)象 1 對(duì)光的衍射的理解 1 衍射是波的特征 波長(zhǎng)越長(zhǎng) 衍射現(xiàn)象越明顯 任何情況下都可以發(fā)生衍射現(xiàn)象 只有明顯與不明顯的差別 2 衍射現(xiàn)象說明 光沿直線傳播 只是一種特殊情況 只有在光的波長(zhǎng)比障礙物小得多時(shí) 光才可以看作是沿直線傳播的 2 自然光和偏振光的比較 1 2018 重慶市模擬 多選 下列說法正確的是 A 在慣性系中 不管光源與觀察者是否存在相對(duì)運(yùn)動(dòng) 觀察者觀察到的光速是不變的B 水面上的油膜呈現(xiàn)彩色是光的干涉現(xiàn)象C 在光導(dǎo)纖維束內(nèi)傳送圖象是利用光的色散現(xiàn)象D 聲源向靜止的觀察者運(yùn)動(dòng) 觀察者接收到的頻率小于聲源的頻率E 未見其人先聞其聲 是因?yàn)槁暡úㄩL(zhǎng)較長(zhǎng) 容易發(fā)生衍射現(xiàn)象答案ABE 2 多選 關(guān)于波的干涉和衍射 下列說法正確的是 A 衍射是一切波特有的現(xiàn)象B 兩列波發(fā)生干涉時(shí) 振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)的位移一定始終最大C 聲波容易發(fā)生衍射是因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL(zhǎng)較長(zhǎng)D 觀察薄膜干涉時(shí) 應(yīng)該在入射光的同一側(cè)E 醫(yī)院中用于體檢的 B超 利用了超聲波的衍射原理 解析衍射是一切波特有的現(xiàn)象 選項(xiàng)A正確 兩列波發(fā)生干涉時(shí) 振動(dòng)加強(qiáng)區(qū)域的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng) 不是位移始終最大 選項(xiàng)B錯(cuò)誤 聲波容易發(fā)生衍射是因?yàn)槁暡ǖ牟ㄩL(zhǎng)較長(zhǎng) 選項(xiàng)C正確 薄膜干涉是兩列頻率相同的反射光在薄膜上出現(xiàn)的現(xiàn)象 因此應(yīng)在入射光的同一側(cè)觀察 選項(xiàng)D正確 醫(yī)院中用于體檢的 B超 利用了超聲波的反射原理 選項(xiàng)E錯(cuò)誤 答案ACD 3 多選 光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波 下列現(xiàn)象中能反映光的偏振特性的是 A 一束自然光相繼通過兩個(gè)偏振片 以光束為軸旋轉(zhuǎn)其中一個(gè)偏振片 透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化B 一束自然光入射到兩種介質(zhì)的分界面上 當(dāng)反射光線與折射光線之間的夾角恰好是90 時(shí) 反射光是偏振光C 日落時(shí)分 拍攝水面下的景物 在照相機(jī)鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景像更清晰D 通過手指間的縫隙觀察日光燈 可以看到彩色條紋E 陽光在水面的反射光是自然光 解析在垂直于傳播方向的平面上 沿著某個(gè)特定方向振動(dòng)的光是偏振光 選項(xiàng)A B反映了光的偏振特性 選項(xiàng)C是偏振現(xiàn)象的應(yīng)用 選項(xiàng)D是光的衍射現(xiàn)象 D項(xiàng)錯(cuò)誤 陽光在水面的反射光是偏振光 故選項(xiàng)E錯(cuò)誤 答案ABC 1 實(shí)驗(yàn)原理與操作 實(shí)驗(yàn) 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 2 數(shù)據(jù)處理與分析 1 在觀察光的雙縫干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)中 1 將激光束照在如圖4乙所示的雙縫上 在光屏上觀察到的現(xiàn)象是圖4甲中的 圖4 2 換用間隙更小的雙縫 保持雙縫到光屏的距離不變 在光屏上觀察到的條紋寬度將 保持雙縫間隙不變 減小光屏到雙縫的距離 在光屏上觀察到的條紋寬度將 以上均選填 變寬 變窄 或 不變 解析 1 雙縫干涉圖樣是平行且等寬的明暗相間的條紋 A圖正確 答案 1 A 2 變寬變窄 2 2018 北京海淀區(qū)模擬 如圖5甲所示 在 用雙縫干涉測(cè)光的波長(zhǎng) 實(shí)驗(yàn)中 將實(shí)驗(yàn)儀器按要求安裝在光具座上 并選用縫間距d 0 20mm的雙縫屏 然后 接通電源使光源正常工作 已知像屏與雙縫屏間的距離L 700mm 圖5 1 已知測(cè)量頭上主尺的最小刻度是毫米 副尺 游標(biāo)尺 上有20分度 某同學(xué)調(diào)整手輪后 從測(cè)量頭的目鏡看去 使分劃板中心刻度線與某條紋A中心對(duì)齊 如圖乙所示 此時(shí)測(cè)量頭上主尺和游標(biāo)尺的示數(shù)如圖丙所示 則此示數(shù)為 mm 接著再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 使分劃板中心刻度線與某條紋B中心對(duì)齊 測(cè)得A條紋到B條紋間的距離為8 40mm 利用上述測(cè)量結(jié)果 經(jīng)計(jì)算可得經(jīng)濾光片射向雙縫的色光的波長(zhǎng) m 保留2位有效數(shù)字 2 另一同學(xué)按實(shí)驗(yàn)裝置安裝好儀器后 觀察到光的干涉現(xiàn)象很明顯 若他對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改動(dòng)后 在像屏上仍能觀察到清晰的條紋 且條紋數(shù)目有所增加 以下改動(dòng)可能會(huì)實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果的是 A 僅將濾光片移至單縫和雙縫之間B 僅將單縫與雙縫間距增大少許C 僅將單縫與雙縫的位置互換D 僅將紅色濾光片換成綠色濾光片 答案 1 0 254 8 10 7 2 D 1 電磁波與機(jī)械波的主要區(qū)別 1 電磁波傳播不需要介質(zhì) 機(jī)械波傳播需要介質(zhì) 2 電磁波是橫波 機(jī)械波可能是橫波 也可能是縱波 電磁波與相對(duì)論 2 電磁波譜的特性及應(yīng)用 1 2016 全國(guó)卷 34 1 多選 關(guān)于電磁波 下列說法正確的是 A 電磁波在真空中的傳播速度與電磁波的頻率無關(guān)B 周期性變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可以相互激發(fā) 形成電磁波C 電磁波在真空中自由傳播時(shí) 其傳播方向與電場(chǎng)強(qiáng)度 磁感應(yīng)強(qiáng)度均垂直D 利用電磁波傳遞信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)無線通信 但電磁波不能通過電纜 光纜傳輸E 電磁波可以由電磁振蕩產(chǎn)生 若波源的電磁振蕩停止 空間的電磁波隨即消失 解析電磁波在真空中傳播的速度均為光速 與頻率無關(guān) 選項(xiàng)A正確 電磁波是變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)互相激發(fā)得到的 選項(xiàng)B正確 電磁波傳播方向與電場(chǎng)方向 磁場(chǎng)方向均垂直 選項(xiàng)C正確 光是一種電磁波 光可在光導(dǎo)纖維中傳播 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 電磁振蕩停止后 電磁波仍會(huì)在介質(zhì)或真空中繼續(xù)傳播 選項(xiàng)E錯(cuò)誤 答案ABC 2 2017 河南開封定位考試 多選 關(guān)于電磁波譜 下列說法正確的是 A X射線對(duì)生命物質(zhì)有較強(qiáng)的作用 過量的X射線輻射會(huì)引起生物體的病變B 射線是波長(zhǎng)最短的電磁波 它比X射線的頻率還要高C 紫外線比紫光更容易發(fā)生干涉和衍射D 在電磁波譜中 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是 射線E 在電磁波譜中 無線電波一般可用于通信 解析紫外線比紫光的波長(zhǎng)短 更不容易發(fā)生干涉和衍射 選項(xiàng)C錯(cuò)誤 在電磁波譜中 最容易發(fā)生衍射現(xiàn)象的是無線電波 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案ABE 3 2018 吉林長(zhǎng)春質(zhì)撿 多選 下列說法正確的是 A 相對(duì)論與量子力學(xué)否定了經(jīng)典力學(xué)理論B 真空中的光速在任何慣性參考系中都是相同的C 狹義相對(duì)論只適用于慣性參考系D 肥皂泡呈現(xiàn)的彩色是光的干涉現(xiàn)象 露珠呈現(xiàn)的彩色是光的色散現(xiàn)象 通過狹縫看太陽光呈現(xiàn)的彩色是光的衍射現(xiàn)象E 光纖通信 全息照相及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 解析相對(duì)論并不否定經(jīng)典力學(xué) 它是在一定條件下的特殊情形 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 根據(jù)光速不變?cè)?真空中的光速在不同的慣性參考系中都是相同的 故選項(xiàng)B正確 根據(jù)狹義相對(duì)論的基本假設(shè)可知 選項(xiàng)C正確 根據(jù)光現(xiàn)象的成因知 選項(xiàng)D正確 全息照相不是利用全反射 而是和光的干涉有關(guān) 選項(xiàng)E錯(cuò)誤 答案BCD